Die
Erfindung betrifft einen Digital/Analog-Wandler mit Selbstkalibrierung
sowie ein Verfahren zum Kalibrieren des Digital/Analog-Wandlers.The
The invention relates to a digital / analog converter with self-calibration
and a method for calibrating the digital-to-analog converter.
Zum
allgemeinen Hintergrund von D/A-Wandlern im Allgemeinen wird auf
die US 6,346,901 B1 ,
die US 4,712,091 und
die US 5,293,166 verwiesen.
Zum allgemeinen Hintergrund von D/A-Wandlern mit Online-Selbstkalibrierung
sei auf die Veröffentlichung
von D. W. J. Groeneveld, H. J. Schouwenaars, H. A. H. Termeer, C.
A. A. Bastiaansen, "A
Self-Calibration Technique for Monolithic High-Resolution D/A Converters", IEEE Journal of Solid-State
Circuits, Band 24, Dezember 1989, verwiesen.The general background of D / A converters in general is referred to the US 6,346,901 B1 , the US 4,712,091 and the US 5,293,166 directed. For the general background of on-line self-calibration D / A converters, see the publication by DWJ Groeneveld, HJ Schouwenaars, HAH Termeer, CAA Bastiaansen, "A Self-Calibration Technique for Monolithic High-Resolution D / A Converters", IEEE Journal of Solid State Circuits, Volume 24, December 1989.
Ein
Digital/Analog-Wandler, nachfolgend auch kurz als D/A-Wandler bezeichnet,
ist dazu ausgelegt, ein digitales Eingangssignal in ein analoges Ausgangssignal
umzusetzen. Obwohl prinzipiell auf beliebige Digital/Analog-Wandler
anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde
liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf einen monolithisch
integrierten, für
Hochgeschwindigkeitsanwendungen ausgelegten D/A-Wandler mit einer Einrichtung
zur Online-Selbstkalibrierung erläutert. Unter Online-Kalibrierung ist
dabei zu verstehen, dass die Kalibrierung während des Betriebs des D/A-Wandlers,
also quasi im Hintergrund, vorgenommen werden kann, ohne dass eine
laufende D/A-Wandlung
unterbrochen werden müsste.One
Digital / analog converter, also referred to below as a D / A converter in short,
is designed to convert a digital input signal to an analogue output signal
implement. Although in principle to any digital / analog converter
Applicable, the present invention as well as its basis
lying problem below with reference to a monolithic
integrated, for
High-speed applications designed D / A converter with a facility
for online self-calibration. Under online calibration is
understand that the calibration during operation of the D / A converter,
so to speak, in the background, can be made without a
ongoing D / A conversion
would have to be interrupted.
Ein
monolithisch integrierter D/A-Wandler weist typischerweise eine
Vielzahl von in einer Wandlermatrix oder einem so genannten Wandlerarray
angeordneter Wandlerzellen auf. Die einzelnen Wandlerzellen sind
idealerweise identisch in ihrem Aufbau. Ein nahezu allen monolithisch
integrierten D/A- Wandlern
inhärentes
Problem besteht darin, dass zwischen den einzelnen Wandlerzellen
typischerweise Fehlanpassungen, so genannte Mismatches vorhanden
sind, die sich als Verzerrungen im Spektrum des analogen Ausgangssignals
bemerkbar machen. Diese Fehlanpassungen werden mit zunehmender Integration,
also mit der zunehmenden Verkleinerung der sich auf der integrierten
Schaltung befindlichen Strukturen, immer vorherrschender und ließen sich
lediglich auf Kosten einer geringeren Integration und damit einer
größeren Chipfläche reduzieren.
Dies würde
neben höheren
Kosten für
den D/A-Wandler
allerdings auch zu einer geringeren Geschwindigkeit der Wandlung
und somit zu einer geringeren Leistungsfähigkeit des D/A-Wandlers führen.One
monolithic integrated D / A converter typically has a
Variety of in a transducer matrix or a so-called transducer array
arranged on converter cells. The individual converter cells are
ideally identical in their structure. Almost all monolithic
integrated D / A converters
inherent
Problem is that between each converter cell
typically mismatches, so-called mismatches exist
are reflected as distortions in the spectrum of the analog output signal
to make noticable. These mismatches are associated with increasing integration,
So with the increasing reduction of itself on the integrated
Circuit structures, increasingly prevalent and settled
only at the cost of less integration and thus one
reduce larger chip area.
This would
in addition to higher
costs for
the D / A converter
but also to a lower speed of conversion
and thus lead to a lower performance of the D / A converter.
Für die Realisierung
sehr hochwertiger Kommunikationssysteme mit digitaler Signalverarbeitung, wie
sie beispielsweise im Mobilfunk und für Breitbandanwendungen verwendet
werden, werden D/A-Wandler mit mittlerer oder hoher Abtastrate und bestmöglichen
analogen Eigenschaften verwendet. Die Qualität und Genauigkeit solcher Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler
hängt von
einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren ab, von denen der so genannte störungsfreie
Dynamikbereich (SFDR = spurious free dynamic range) des D/A-Wandler
eine sehr entscheidenden Kenngröße darstellt.For the realization
very high quality communication systems with digital signal processing, such as
for example, in mobile and broadband applications
become D / A converters with medium or high sampling rate and best possible
analog properties used. The quality and accuracy of such high-speed D / A converters
depends on
a variety of different factors, of which the so-called trouble-free
Dynamic range (SFDR = spurious free dynamic range) of the D / A converter
represents a very decisive parameter.
1 zeigt ein typisches Ausgangsspektrum AS,
welches durch Fehlanpassungen der D/A-Wandlerzellen hervorgerufene
Verzerrungen im Ausgangsspektrum aufweist. In 1 bezeichnet die gewellte Linie A das
Quantisierungsrauschen. Neben der Frequenz Fin des Eingangssignals
existieren auch Harmonische 2Fin, 3Fin bei Vielfachen der Frequenz
Fin. Diese Harmonischen 2Fin, 3Fin begrenzen den störungsfreien
Dynamikbereich SFDR des D/A-Wandlers, was insgesamt zu einer geringeren effektiven
Auflösung
führt.
Der störungsfreie
Dynamikbereich SFDR bezeichnet – wie
aus 1 ersichtlich ist – die Differenz
zwischen der maximalen Amplitude der Frequenz Fin des Eingangssignals und
der Amplitude derjeni gen harmonischen Frequenzkomponente 2Fin, die
die größte Amplitude
unter den Harmonischen 2Fin, 3Fin aufweist. 1 shows a typical output spectrum AS, which has distortions in the output spectrum caused by mismatches of the D / A converter cells. In 1 the wavy line A denotes the quantization noise. In addition to the frequency Fin of the input signal, there are also harmonics 2Fin, 3Fin at multiples of the frequency Fin. These harmonics 2Fin, 3Fin limit the interference-free dynamic range SFDR of the D / A converter, which leads to a lower effective resolution overall. The interference-free dynamic range SFDR designates - as out 1 is apparent - the difference between the maximum amplitude of the frequency Fin of the input signal and the amplitude ofjeni gene harmonic frequency component 2Fin, which has the largest amplitude among the harmonics 2Fin, 3Fin.
Anhand
der 2 wird nun ein beispielsweise
aus der eingangs beschriebenen IEEE-Veröffentlichung bekanntes Kalibrierverfahren
beschrieben, das dazu verwendet werden kann, den störungsfreien
Dynamikbereich SFDR zu vergrößern. Das
Beispiel in 2 zeigt
das Kalibrierprinzip anhand eines 6 Bit D/A-Wandlers B, der also
63 weitestgehend gleich aufgebaute Wandlerzellen C aufweist. Der D/A-Wandler
B weist für
die Kalibrierung ferner eine redundante Wandlerzelle D (in 2 schraffiert dargestellt,
Zelle 64) sowie eine nicht dargestellte Referenzzelle auf. Die Referenzzelle
wird bei der Selbstkalibrierung herangezogen, um nacheinander alle Wandlerzellen
des D/A-Wandlers B zu kalibrieren. Durch Verwendung der redundanten
Wandlerzelle D kann die Selbstkalibrierung online, also auch während des
Betriebs des D/A-Wandlers
B, vorgenommen werden.Based on 2 Now, a calibration method known, for example, from the IEEE publication described at the outset, which can be used to increase the interference-free dynamic range SFDR, will now be described. The example in 2 shows the calibration principle using a 6-bit D / A converter B, which thus has 63 largely the same constructed transducer cell C. The D / A converter B also has a redundant converter cell D (in 2 hatched shown, cell 64) and a reference cell, not shown. The reference cell is used in the self-calibration to sequentially calibrate all the converter cells of the D / A converter B. By using the redundant converter cell D, the self-calibration can be done online, including during operation of the D / A converter B.
Im
Beispiel in 2 sind zum
Kalibrieren der Wandlerzellen C, D des D/A-Wandlers B insgesamt 64
Kalibrierzyklen K1–K64
der Dauer T1 vorgesehen, von denen in der 2 lediglich die ersten drei Kalibrierzyklen
K1–K3
und der letzte Kalibrierzyklus K64 dargestellt wurden. Das Durchlaufen
aller Kalibrierzyklen K1–K64
definiert eine so genannte Kalibrierschleife E. Innerhalb der Kalibrierschleife
E werden beginnend mit der ersten Wandlerzelle nacheinander alle
Wandlerzellen C einschließlich
der redundanten Wandlerzelle D kalibriert. Das Kalibrierungsverfahren springt
dann typischerweise wieder zur ersten Wandlerzelle, um in der nächsten Kalibrierschleife
E die Wandlerzellen erneut zu kalibrieren.In the example in 2 For calibration of the converter cells C, D of the D / A converter B a total of 64 calibration cycles K1-K64 of duration T1 are provided, of which in the 2 only the first three calibration cycles K1-K3 and the last calibration cycle K64 were shown. Passing through all calibration cycles K1-K64 defines a so-called calibration loop E. Within the calibration loop E, all converter cells C including the redundant converter cell D are calibrated one after the other starting from the first converter cell. The calibration procedure then typically jumps back to the first one Transducer cell to recalibrate the converter cells in the next calibration loop E.
Typischerweise
verwendet der D/A-Wandler zur Erzeugung der analogen Ausgangsspannung
einen Thermometercode. Daneben existieren auch D/A-Wandler, die
sich einem Kapazitätsnetzwerk oder
einer Kapazitätsmatrix
zur Quantisierung des ana logen Wertes bedienen, wobei hier zur Ansteuerung
des Kapazitätsnetzwerks
bzw. der Kapazitätsmatrix
typischerweise binär
kodierte Steuersignale verwendet werden.typically,
uses the D / A converter to generate the analog output voltage
a thermometer code. In addition, there are also D / A converters, the
itself to a capacity network or
a capacity matrix
for the quantization of the analogue value
of the capacity network
or the capacity matrix
typically binary
coded control signals are used.
Insbesondere
bei hochbitratigen D/A-Wandlern ist es zunehmend aufwändiger,
die Eingangsbits in einen Thermometercode umzuwandeln. Dies liegt daran,
dass die eingangsseitig anliegenden binär codierten Eingangsbits parallel
in einen Thermometercode umcodiert werden müssen, was zur Folge hat, dass
bei zunehmender Bitbreite der dafür erforderliche schaltungstechnische
Aufwand exorbitant steigt. Aus diesem Grund wird hier im Allgemeinen
eine Segmentierung der eingangsseitig angelegten Bits vorgenommen,
wobei die höherwertigen
Bits (MSB = most significant bits) in einen Thermometercode umgewandelt
werden und die niedrigerwertigen Bits (LSB = least significant bits)
als binär
kodierte Bits mit geeigneter Wichtung vorliegen. Zusätzlich kann
noch eine weitere, feinere Unterteilung vorgenommen werden, beispielsweise
durch weitere Unterscheidung von so genannten ISB-Bits (ISB = intermediate
significant bits), die entweder im Thermometercode umgewandelt werden
oder in binär
codierter Form vorliegen.Especially
With high-bit-rate D / A converters, it is increasingly costly,
to convert the input bits into a thermometer code. This is because
that the input binary-coded input bits are parallel
must be recoded into a thermometer code, which has the consequence that
with increasing bit width of the required circuitry
Expense increases exorbitantly. For this reason, here in general
a segmentation of the input-side applied bits,
the higher quality
Bits (MSB = most significant bits) converted into a thermometer code
and the least significant bits (LSB).
as binary
coded bits are present with appropriate weighting. In addition, can
yet another, finer subdivision be made, for example
by further differentiation of so-called ISB bits (ISB = intermediate
significant bits) converted either in thermometer code
or in binary
coded form.
3 zeigt ein Blockschaltbild
eines bekannten, in drei verschiedene Segmente F, G, H unterteilten
13-Bit-D/A-Wandlers
B mit einer Vielzahl von Wandlerzellen K. In das erste, so genannte MSB-Segment
F werden sechs Eingangsbits, die Thermometercode codiert vorliegen,
eingekoppelt. Die Wandlerzellen des MSB-Segmentes F weisen somit
eine Wichtung von somit 128 auf. In das zweite, so genannten ISB-Segment
G werden zwei Thermometercode codierte Bits eingekoppelt, die entsprechenden
Wandlerzellen K weisen eine Wichtung von 32 auf. Dem dritten, so
genannten LSB-Segment H werden fünf
binär gewichtete
Bits mit einer Wichtung von 16, 8, 4, 2 und 1 zugeführt. Die
Erzeugung der Thermometercode codierten Bits erfolgt in bekannter Weise
mittels eines dem jeweiligen MSB- bzw. ISB-Segment
F, G vorgeschalteten Bitdekoders (in 3 nicht
dargestellt). 3 shows a block diagram of a known, in three different segments F, G, H divided 13-bit D / A converter B with a plurality of converter cells K. In the first, so-called MSB segment F six input bits, the thermometer code encoded present, coupled. The converter cells of the MSB segment F thus have a weighting of 128. In the second, so-called ISB segment G two thermometer code coded bits are coupled, the corresponding converter cells K have a weight of 32 on. The third, so-called LSB segment H, is supplied with five binary-weighted bits with a weighting of 16, 8, 4, 2 and 1. The generation of the thermometer code coded bits in a known manner by means of a respective MSB or ISB segment F, G upstream bit decoder (in 3 not shown).
Durch
Hinzufügen
einer redundanten D/A-Wandlerzelle L und einer Referenzzelle M im MSB-Segment
F kann das anhand der 2 beschriebene
Verfahren zur Selbstkalibrierung in entsprechender Weise für sämtliche
Wandlerzellen K des MSB-Segmentes
F angewendet werden. Da für die
Verzerrungen im Ausgangsspektrum des D/A-Wandlers im Allgemeinen
die dem MSB-Segment F zugeordneten D/A-Wandlerzellen K hauptverantwortlich
sind, lässt
sich dadurch die gesamte Verzerrung im Ausgangsspektrum AS zwar
signifikant reduzieren, jedoch nicht ganz beseitigen. Die verbleibenden
Verzerrungen im Ausgangsspektrum AS werden verursacht durch eine
verbleibende Fehlanpassung der Wandlerzellen K der ISB- und LSB-Segmente G, H, die
bei der durch das eben beschriebene Verfahren eben nicht kalibriert
werden.By adding a redundant D / A converter cell L and a reference cell M in the MSB segment F, this can be determined on the basis of 2 described method for self-calibration in a corresponding manner for all converter cells K of the MSB segment F are applied. Since the D / A converter cells K assigned to the MSB segment F are generally responsible for the distortions in the output spectrum of the D / A converter, the total distortion in the output spectrum AS can be significantly reduced, but not entirely eliminated. The remaining distortions in the output spectrum AS are caused by a remaining mismatch of the converter cells K of the ISB and LSB segments G, H, which are just not calibrated in the method just described.
Das
besondere Problem besteht hier darin, dass das anhand der 2 und 3 beschriebene Kalibrierverfahren bislang
begrenzt ist auf das Kalibrieren der Wandlerzellen K eines einzigen,
im vorliegenden Fall des höchstwertigen
MSB-Segments F.
Dies liegt daran, dass die verwendete Referenzzelle M lediglich
auf die Wandlerzellen K jeweils eines Segmentes angepasst werden
kann. Die Wandlerzellen K der anderen, typischerweise niedrigerwertigen Segmente
werden dagegen nicht kalibriert, was eben eine entsprechende unerwünschte Restverzerrung im
Ausgangsspektrum AS zur Folge hat.The particular problem here is that based on the 2 and 3 calibration method described so far is limited to the calibration of the converter cells K of a single, in the present case the most significant MSB segment F. This is because the reference cell M used can only be adapted to the converter cells K of each segment. By contrast, the converter cells K of the other, typically lower-value segments are not calibrated, which results in a corresponding unwanted residual distortion in the output spectrum AS.
Insbesondere
für hochbitratige
D/A-Wandler, die mehrere Wandlersegmente aufweisen, ist das ein Zustand
den es zu vermeiden oder zumindest zu verbessern gilt.Especially
for high bit rate
D / A converters that have multiple transducer segments is one state
to avoid or at least to improve.
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Verzerrung
im Ausgangsspektrum eines segmentierten D/A-Wandlers und insbesondere eines segmentierten
D/A-Wandlers mit im Hintergrund ablaufender Online-Kalibrierung
möglichst
weit zu reduzieren und im Idealfall ganz zu eliminieren. Eine weitere
Aufgabe besteht darin, einen D/A-Wandler mit einem möglichst
großen
störungsfreien
Dynamikbereich SFDR bereitzustellen.Of the
The present invention is therefore based on the object, the distortion
in the output spectrum of a segmented D / A converter and in particular a segmented one
D / A converter with background online calibration
preferably
far and ideally eliminate it altogether. Another
The task is to use a D / A converter with one as possible
huge
trouble-free
Provide dynamic range SFDR.
Erfindungsgemäß wird zumindest
eine dieser Aufgaben durch einen D/A-Wandler mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und/oder durch Verfahren zum Kalibrieren eines
D/A-Wandlers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und 12 gelöst.According to the invention, at least
one of these tasks through a D / A converter with the features of
Patent claim 1 and / or by methods for calibrating a
D / A converter with the features of claim 10 and 12 solved.
Ein
segmentierter Digital-Analog-Wandler, mit einer in zumindest zwei
Segmenten unterteilten Zellenanordnung mit jeweils einer Vielzahl
von Wandlerzellen und redundanter Wandlerzellen, wobei in einem
ersten Segment erste gewichtete Wandlerzellen und zumindest eine
erste gewichtete redundante Wandlerzelle vorgesehen sind, wobei
in zumindest einem zweiten, dem ersten Segment untergeordneten Segment
jeweils zweite gewichtete Wandlerzellen und eine Vielzahl zweiter
gewichteter redundanter Wandlerzellen vorgesehen sind, wobei die
Wandlerzellen und redundanten Wandlerzellen innerhalb eines Segmentes
dieselbe Gewichtung aufweisen, mit einer Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung
enthaltend eine einzelne Referenzzelle zum Kalibrieren der Wandlerzellen
zumindest zweier Segmente des Digital-Analog-Wandlers. (Patentanspruch
1)A segmented digital-to-analog converter having a cell arrangement subdivided into at least two segments, each having a plurality of converter cells and redundant converter cells, wherein in a first segment first weighted converter cells and at least one first weighted redundant converter cell are provided, wherein in at least a second, the first segment subordinate segment are respectively provided second weighted converter cells and a plurality of second weighted redundant converter cells, wherein the converter cells and redundant converter cells within a segment have the same weighting, with an apparatus for online self-calibration comprising a single reference cell for calibrating the converter cells of at least two segments of the digital-to-analog converter. (Claim 1)
Ein
Verfahren zum Online-Kalibrieren der Wandlerzellen eines erfindungsgemäßen D/A-Wandlers,
bei dem zumindest die Wandlerzellen und redundanten Wandlerzellen
zweier Segmente auf den Wert der Referenzzelle kalibriert werden.
(Patentanspruch 10)One
Method for online calibration of the converter cells of a D / A converter according to the invention,
in which at least the converter cells and redundant converter cells
two segments are calibrated to the value of the reference cell.
(Claim 10)
Ein
Verfahren zum Betreiben der Wandlerzelle für einen erfindungsgemäßen D/A-Wandler,
mit den folgenden drei Betriebsmodi:
- – einen
ersten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) für die Digital-Analog-Wandlung herangezogen
wird/werden,
- – einen
zweiten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) kalibriert wird/werden,
- – einem
dritten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) in einem inaktiven
Modus bezogen auf eine Referenz, insbesondere bezogen auf das Bezugspotenzial,
betrieben wird/werden. (Patentanspruch 12)
A method of operating the converter cell for a D / A converter according to the invention, having the following three modes of operation: - A first operating mode in which the converter cell (s) is / are used for the digital-to-analog conversion,
- A second mode of operation in which the converter cell (s) is calibrated,
- A third operating mode, in which the converter cell (s) is / are operated in an inactive mode with respect to a reference, in particular with reference to the reference potential. (Claim 12)
Die
Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass für das Kalibrieren
der Wandlerzellen unterschiedlicher Segmente die Verwendung einer
gleichen Referenzzelle für
alle Wandlerzellen erforderlich ist, dass also die Verwendung unterschiedlicher
Referenzzellen eigens für
die Kalibrierung der unterschiedlichen Segmente (MSB, ISB, LSB)
nicht möglich
ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Referenzzelle, die an
die Wandlerzellen eines Segmentes angepasst sind, neben diesem Segment
auch für
alle anderen Segmente verwendet werden muss.The
Knowledge of the present invention is that for the calibration
the converter cells of different segments the use of a
same reference cell for
all converter cells is required, that is, the use of different
Reference cells specially for
the calibration of the different segments (MSB, ISB, LSB)
not possible
is. This means that, for example, the reference cell, the
the converter cells of a segment are matched next to this segment
also for
all other segments must be used.
Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin,
die Referenzzelle zur Kalibrierung der Wandlerzellen eines Segments
zusätzlich
auch für
die Wandlerzellen der jeweils anderen Segmente des D/A-Wandlers
zu verwenden. Hierzu wird der D/A-Wandler mit einer entsprechend angepassten
Einrichtung zur Kalibrierung der Wandlerzellen ausgestattet.The
The idea underlying the present invention is that
the reference cell for calibration of the converter cells of a segment
additionally
also for
the converter cells of the other segments of the D / A converter
to use. For this purpose, the D / A converter with a correspondingly adapted
Device for calibrating the converter cells equipped.
Der
besondere Vorteil des neuen Kalibrierprozesses besteht darin, dass
eine Restverzerrung im Ausgangsspektrum des analogen Ausgangssignals,
die ohne weitere Kalibriermaßnahmen
mit nicht-kalibrierten ISB- und LSB-Wandlerzellen einhergehen, durch
die erfindungsgemäße Kalibriereinrichtung
sowie den entsprechend modifizierten Kalibrierprozess weiter reduziert
wird. Dies führt
insgesamt zu einer Erhöhung
des gesamten störungsfreien
Dynamikbereiches SFDR. Die erfindungsgemäße Lösung hat ferner den bedeutenden
Vorteil, die Linea rität
eines vorgegebenen segmentierten D/A-Wandlers, der eine im Hintergrund
ablaufende Online-Selbstkalibriertechnik verwendet, signifikant
zu verbessern. Der dafür
erforderliche schaltungstechnische Mehraufwand, der insbesondere
auf Grund der größeren Anzahl
redundanter Wandlerzellen und einer aufwändigeren Steuerlogik für die Kalibrierung erforderlich
ist, und die damit einhergehende Vergrößerung der Chipfläche ist
angesichts der verbesserten Eigenschaften, zum Beispiel hinsichtlich
des SFDR, vernachlässigbar
gering, vor allem wenn bei dieser Implementierung eine moderne so
genannte sub-micron CMOS-Technologie zum Einsatz kommt.Of the
particular advantage of the new calibration process is that
a residual distortion in the output spectrum of the analogue output signal,
without further calibration
associated with non-calibrated ISB and LSB converter cells
the calibration device according to the invention
and the correspondingly modified calibration process further reduced
becomes. this leads to
altogether to an increase
the entire trouble-free
Dynamic range SFDR. The solution according to the invention also has the significant
Advantage, the linearity
a given segmented D / A converter, one in the background
ongoing online self-calibration technique used significantly
to improve. The one for it
required additional circuitry overhead, in particular
due to the larger number
redundant converter cells and a more complex control logic for calibration required
is, and the concomitant increase in chip area
given the improved properties, for example in terms of
of the SFDR, negligible
low, especially if in this implementation a modern so
called sub-micron CMOS technology is used.
Vorzugsweise
wird dabei eine solche Referenzzelle verwendet, wie sie für die Wandlerzellen des
höchstwertigen
Segmentes vorgesehen ist.Preferably
In this case, such a reference cell is used as for the converter cells of
most
Segmentes is provided.
Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens bzw.
der entsprechenden Kalibriereinrichtung besteht darin, dass eine
einzige Referenzzelle, die beispielsweise dem höchstwertigen Segment zugeordnet
ist, zum Kalibrieren sämtlicher
Wandlerzellen in allen Segmenten herangezogen werden kann. Auf diese
Weise können
neben den Wandlerzellen des höchstwertigen
Segmentes auch die entsprechenden Wandlerzellen der niedrigerwertigen
Segmente kalibriert werden. Hierzu ist es zum Einen erforderlich,
die Art der für
die niedrigerwertigen Segmente erforderlichen redundanten Wandlerzellen
entsprechend an insbesondere die Größe und somit die Gewichtung
der entsprechenden redundanten Wandlerzelle des jeweils übergeordneten
Segmentes und insbesondere an die redundante Wandlerzelle des höchstwertigen
Segmentes anzupassen. Zum Anderen ist hierfür ein zusätzlicher, so genannter Dumping-Betriebsmodus
erforderlich, bei dem die entsprechenden Einheitszellen in einen
inaktiven Betriebsmodus geschalten werden. Dies ist insbesondere
deshalb erforderlich, da für
die niedrigerwertigen Segmente zwei Gruppen an redundanten Wandlerzellen
benötigt
werden, von denen jeweils einer im Kalibriermodus und der jeweils
andere im Dumping- Betrieb
betrieben werden. Erst die Verwendung zweier unterschiedlicher Gruppen
von redundanten Wandlerzellen macht eine Kalibrierung in der Wandlerzelle
niedrigerwertiger Segmente effektiv.Of the
particular advantage of the calibration method according to the invention or
the corresponding calibration device is that a
single reference cell associated with, for example, the most significant segment
is to calibrate all
Converter cells can be used in all segments. To this
Way you can
next to the converter cells of the highest value
Segmentes also the corresponding converter cells of the lower order
Segments are calibrated. For this it is necessary on the one hand
the kind of for
the lower-level segments required redundant converter cells
according to in particular the size and thus the weighting
the corresponding redundant converter cell of the respective parent
Segmentes and in particular to the redundant converter cell of the most significant
Segment. On the other hand, this is an additional, so-called dumping operating mode
required, in which the corresponding unit cells in a
inactive operating mode. This is special
therefore necessary, since for
the lower-order segments two groups of redundant converter cells
needed
of which one each in calibration mode and each
others in dumping operation
operate. Only the use of two different groups
of redundant converter cells makes a calibration in the converter cell
effective segments.
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren
Unteransprüchen
sowie in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.advantageous
Embodiments and developments of the invention are in the other
dependent claims
and in the description with reference to the drawing removable.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung stellt das erste Segment das höchstwertige
Segment, also das MSB-Segment des Wandlers dar.In
In a preferred embodiment, the first segment represents the most significant one
Segment, ie the MSB segment of the converter.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Größe der ersten Wandlerzellen
und der ersten redundanten Wandlerzelle auf den Wert der Referenzzelle
derart abgestimmt, dass die Gewichtung der Referenzzelle der Gewichtung
der ersten Wandlerzellen bzw. der Wandlerzellen des höchstwertigen Segmentes
entspricht.In
In a preferred embodiment, the size of the first converter cells
and the first redundant converter cell to the value of the reference cell
tuned such that the weighting of the reference cell of weighting
the first converter cells or the converter cells of the most significant segment
equivalent.
Typischerweise,
jedoch nicht notwendigerweise, ist die Anzahl der zweiten redundanten Wandlerzellen
eines zweiten Segmentes auf die Größe des jeweiligen zweiten Segmentes
sowie des jeweiligen übergeordneten
Segmentes abgestimmt.typically,
but not necessarily, is the number of second redundant converter cells
a second segment to the size of the respective second segment
and the respective parent
Segmented.
In
einer ebenfalls typischen Ausgestaltung weist ein zweites Segment
zumindest eine der Anzahl der jeweiligen zweiten Wandlerzellen entsprechende
Anzahl an redundanten Wandlerzellen auf.In
a likewise typical embodiment has a second segment
at least one of the number of the respective second converter cells corresponding
Number of redundant converter cells.
In
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung sind die zweiten Wandlerzellen
und zweiten redundanten Wandlerzellen zumindest eines zweiten Segments
in zwei gleich große
Zellgruppen aufgeteilt, wobei in einer ersten Zellgruppe jeweils
nur zweite redundante Wandlerzellen des jeweiligen zweiten Segmentes und
in einer zweiten Zellgruppe zumindest alle zweiten Wandlerzellen
des jeweiligen zweiten Segmentes angeord net sind. Vorzugsweise weist
die zweite Zellgruppe neben den zweiten Wandlerzellen zumindest eine
zweite redundante Wandlerzelle auf.In
a very advantageous development, the second converter cells
and second redundant converter cells of at least one second segment
in two equal sizes
Divided into groups of cells, wherein in a first cell group respectively
only second redundant converter cells of the respective second segment and
in a second cell group at least all second converter cells
The respective second segment are angeord net. Preferably
the second cell group next to the second converter cell at least one
second redundant converter cell.
In
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einrichtung zur
Online-Selbstkalibrierung allen Segmenten zugeordnet und damit dazu
ausgelegt, die Wandlerzellen aller Segmente zu kalibrieren. Alternativ
wäre auch
denkbar, wenn die Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung lediglich
den Wandlerzellen der zumindest zwei höchstwertigen Segmente zugeordnet
ist und damit dazu ausgelegt ist, lediglich die Wandlerzellen dieser
Segmente zu kalibrieren.In
a first advantageous embodiment, the device for
Online self-calibration is assigned to all segments and therefore added
designed to calibrate the transducer cells of all segments. alternative
would be too
conceivable if the device for online self-calibration only
associated with the converter cells of the at least two most significant segments
is and thus designed to only the converter cells this
Calibrate segments.
Beim
Kalibrieren der zweiten Wandlerzellen und der zweiten redundanten
Wandlerzellen der zweiten Segmente werden typischerweise zunächst die
Wandlerzellen der einen Zellgruppe kalibriert und die Wandlerzellen
der jeweils anderen Gruppe bleiben deaktiviert. Anschließend wird
der Vorgang umgekehrt und die Wandlerzellen der anderen Zellgruppe
werden kalibriert und die Wandlerzellen der jeweils einen Zellgruppe
bleiben deaktiviert.At the
Calibrating the second converter cells and the second redundant
Transducer cells of the second segments will typically be the first
Converter cells of a cell group calibrated and the converter cells
the other group remain deactivated. Subsequently, will
the process is reversed and the transducer cells of the other cell group
are calibrated and the converter cells of each cell group
stay disabled.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt dabei:The
Invention will be described below with reference to the schematic figures
specified embodiments
explained in more detail. It
shows:
1 ein
Ausgangsspektrum eines D/A-Wandlers mit Fehlanpassung der D/A-Wandlerzellen
zur Erläuterung
des störungsfreien
Dynamikbereichs (SFDR); 1 an output spectrum of a D / A converter with mismatch of the D / A converter cells to explain the interference-free dynamic range (SFDR);
2 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung
eines bekannten, Kalibrierverfahrens für einen 6-Bit-D/A-Wandler; 2 a block diagram for explaining a known, calibration method for a 6-bit D / A converter;
3 ein
Blockschaltbild eines bekannten segmentierten D/A-Wandlers, der
mittels eines anhand der 2 beschriebenen Kalibrierverfahrens kalibrierbar
ist; 3 a block diagram of a known segmented D / A converter, by means of a reference to the 2 calibrated calibration method is described;
4 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen 13-Bit-D/A-Wandlers mit erfindungsgemäßer, im
Hintergrund ablaufender Online-Kalibrierung; 4 a block diagram of a 13-bit D / A converter according to the invention with inventive, running in the background online calibration;
5 ein
Schaltbild einer erfindungsgemäßen D/A-Einzellzelle; 5 a circuit diagram of a D / A Einzellzelle according to the invention;
6 ein
Blockschaltbild zur Darstellung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsprinzip; 6 a block diagram for illustrating the calibration principle according to the invention;
7 ein
Blockschaltbild zur Darstellung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsprinzips,
welches lediglich eine Kalibrierung der MSB und ISB-Segmente, nicht
jedoch der Wandlerzellen des LSB-Segmentes vornimmt; 7 a block diagram for illustrating the calibration principle according to the invention, which only performs a calibration of the MSB and ISB segments, but not the converter cells of the LSB segment;
8 anhand
eines Blockschaltbildes das Prinzip der Ermittlung der Anzahl und
Aufteilung der für
die erfindungsgemäße Kalibrierung
erforderlichen zusätzlichen
redundanten Wandlerzellen; 8th on the basis of a block diagram, the principle of determining the number and distribution of the additional redundant converter cells required for the calibration according to the invention;
9 anhand
eines Blockschaltbildes das Prinzip des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorythmus
in allgemeiner Form; 9 on the basis of a block diagram, the principle of the calibration algorithm according to the invention in general form;
10 das
Ausgangsspektrum eines D/A-Wandlers mit dem anhand von 9 dargestellten
erfindungsgemäßen rekursiven
Kalibrieralgorhythmus im Vergleich zu einem D/A-Wandler ohne diesen
Kalibrieralgorythmus. 10 the output spectrum of a D / A converter with the basis of 9 illustrated recursive Kalibrieralgorhythmus invention compared to a D / A converter without this Kalibrieralgorthmus.
In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente,
Signale und Merkmale – sofern
nichts Anderes angegeben ist – jeweils mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.In
the figures of the drawing are identical or functionally identical elements,
Signals and characteristics - if
nothing else is indicated - each with
the same reference numerals have been provided.
4 zeigt
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen 13-Bit-D/A-Wandlers mit erfindungsgemäßer, im
Hintergrund ablaufender Online-Kalibrierung. In 4 ist
der D/A-Wandler mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der D/A-Wandler 10 weist
einen Eingang 11 und einen Ausgang 12 auf. Am
Eingang 11 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein digitales,
13-Bit-breites Eingangssignal
VIN eingekoppelt. Das digitale Eingangssignal VIN liegt typischerweise
binär kodiert
vor. Der D/A-Wandler 10 ist dazu ausgelegt, das digitale
Eingangssignal VIN in ein, dem digitalen Wert des Eingangssignals
VIN entsprechendes analoges Ausgangsignal VOUT, typischerweise ein
Spannungs- oder Stromsignal VOUT, zu wandeln, welches am Ausgang 12 abgreifbar
ist. 4 shows a block diagram of a 13-bit D / A converter according to the invention with inventive, running in the background online calibration. In 4 is the D / A converter with reference numerals 10 designated. The D / A converter 10 has an entrance 11 and an exit 12 on. At the entrance 11 In the present exemplary embodiment, a digital, 13-bit-wide input signal VIN is coupled in. The digital input signal VIN is typically binary-coded. The D / A converter 10 is adapted to convert the digital input signal VIN into an analogue output signal VOUT, corresponding to the digital value of the input signal VIN, more typically way a voltage or current signal VOUT, to convert, which at the output 12 can be tapped.
Die
Umsetzung des digitalen Eingangssignals VIN in ein analoges Ausgangssignal
erfolgt im D/A-Wandler 10 in an sich bekannter Weise unter Verwendung
einer Vielzahl von Stromquellen, die zugeschaltet oder weggeschaltet
werden und die dadurch abhängig
von dem digitalen Wert einen entsprechenden Strom erzeugen. Hierzu
ist es vorteilhaft, wenn das binäre
Eingangssignal VIN als Thermometercode vorliegt. Die Umsetzung des
binären Eingangssignals
VIN in einen Thermometercode erfolgt in einem Bitdekoder 13.
Dem Bitdekoder 13 ist eine D/A-Wandleranordnung 14 nachgeschaltet,
die zur Erzeugung des analogen Ausgangssignals VOUT eine Strommatrix
mit einer Vielzahl von schaltbaren Stromquellen aufweist.The conversion of the digital input signal VIN into an analogue output signal takes place in the D / A converter 10 in a manner known per se using a plurality of current sources, which are switched on or off and thereby generate a corresponding current depending on the digital value. For this purpose, it is advantageous if the binary input signal VIN is present as a thermometer code. The conversion of the binary input signal VIN into a thermometer code takes place in a bit decoder 13 , The bit decoder 13 is a D / A converter arrangement 14 downstream, which has a current matrix with a plurality of switchable current sources for generating the analog output signal VOUT.
In 4 ist
ein segmentierter D/A-Wandler 10 dargestellt, der hier
lediglich beispielhaft drei Wandlersegmente 15–17 aufweist,
die innerhalb der D/A-Zellenanordnung 14 angeordnet sind.
Es handelt sich dabei um ein erstes, so genanntes MSB-Segment 15,
ein zweites, so genanntes ISB-Segment 16 und ein drittes,
so genanntes LSB-Segment 17. Jedem Segment 15–17 ist
eine entsprechende Dekodiereinrichtung 15', 16', 17' innerhalb des Bitdekoders 13 zugeordnet,
die im Falle des MSB-Segments 15 und des ISB-Segments 16 die
entsprechende Thermometerkodierung vornehmen und die im Falle des
LSB-Segments 17 als Durchkontaktierung
ausgebildet ist.In 4 is a segmented D / A converter 10 shown, the example here only three converter segments 15 - 17 that is within the D / A cell array 14 are arranged. This is a first, so-called MSB segment 15 , a second, so-called ISB segment 16 and a third, so-called LSB segment 17 , Every segment 15 - 17 is a corresponding decoder 15 ' . 16 ' . 17 ' within the bit decoder 13 assigned in the case of the MSB segment 15 and the ISB segment 16 make the appropriate thermometer coding and in the case of the LSB segment 17 is designed as a via.
Für die Wandlung
des 13-Bit breiten Eingangssignals VIN stellt diese Art und Anzahl
der Segmentierung eine bevorzugte Ausgestaltung dar.For the change
of the 13-bit wide input signal VIN represents this type and number
the segmentation is a preferred embodiment.
Die
einzelnen Segmente 15–17 weisen
jeweils gewichtete Wandlerzellen 15a, 16a, 17a auf, wobei
deren Gewichtung in den unterschiedlichen Segmenten 15–17 segmentspezifisch
ist und im Wesentlichen abhängt
von der Bitbreite der in das jeweilige Segment 15–17 eingekoppelten
Signale und der Art deren Codierung (Thermometercode, Binärcode, etc.
Das bedeutet, bei einer vorgegebenen Art der Segmentierung sowie
einer vorgegebenen Anzahl der innerhalb eines jeweiligen Segmentes
vorhandenen Wandlerzellen, ist deren Gewichtung vorgegeben. Insbesondere
hängt die
Gewichtung der jeweiligen Wandlerzellen eines Segmentes im Wesentlichen
von der Bitanzahl in den unteren Segmenten und insbesondere von
der Bitanzahl in dem niedrigsten Segment ab, es gilt also im Allgemeinen
2n), wobei n die Bitbreite bzw. die Anzahl
der in den niedrigerwertigen Segmenten zu verarbeiteten Bits bezeichnet.
Innerhalb der MSB- und ISB-Segmente 15, 16 ist
die Gewichtung der jeweiligen Wandlerzellen 15a, 16a jeweils
identisch.The individual segments 15 - 17 each have weighted transducer cells 15a . 16a . 17a on, with their weighting in the different segments 15 - 17 is segment-specific and essentially depends on the bit width of the respective segment 15 - 17 The weighting of the respective converter cells of a segment depends in particular on the weighting of the signals and the type of coding (thermometer code, binary code, etc.) Essentially from the number of bits in the lower segments, and more particularly from the number of bits in the lowest segment, so it is generally 2 n) , where n denotes the bit width or the number of bits to be processed in the lower-value segments. Within the MSB and ISB segments 15 . 16 is the weighting of the respective converter cells 15a . 16a each identical.
Die
einzelnen Segmente weisen ferner gewichtet redundante Zellen 15b, 16b, 17b auf,
auf die nachfolgend noch eingegangen wird.The individual segments also have weighted redundant cells 15b . 16b . 17b which will be discussed below.
Ferner
ist eine Referenzzelle 18 vorgesehen, die ebenfalls gewichtet
ist. Die Gewichtung der Referenzzelle 18 entspricht typischerweise,
jedoch nicht notwendigerweise, der Gewichtung der am kritischsten,
höchstwertigen
Wandlerzellen, also im vorliegenden Fall der Gewichtung der MSB-Wandlerzellen 15a.Further, a reference cell 18 provided, which is also weighted. The weight of the reference cell 18 typically, but not necessarily, corresponds to the weighting of the most critical, most significant converter cells, that is, in the present case, the weighting of the MSB converter cells 15a ,
Nachfolgend
sei der Aufbau der Wandleranordnung 14 und insbesondere
der einzelnen Segmente 15–17 detailliert beschrieben: Below is the structure of the transducer assembly 14 and in particular the individual segments 15 - 17 described in detail:
MSB-Segment 15:MSB segment 15 :
Das
MSB-Segment 15 ist dazu ausgelegt, die sechs höchstwertigen
binären
Bits des 13-Bit Eingangssignals VIN und damit 63 Bits im Thermometercode
zu wandeln. Das MSB-Segment 15 umfasst daher 63 gewichtete
MSB-Wandlerzellen 15a sowie eine redundante gewichtete
MSB-Wandlerzelle 15b. Die Wichtung jeder dieser MSB-Wandlerzellen 15a, 15b beträgt hier
128 (= 2(5+2)). Jede MSB-Wandlerzelle 15a, 15b umfasst
somit 128 Einzelzellen mit jeweils einer schaltbaren Stromquelle,
wie sie zum Beispiel nachfolgend anhand der 5 beschrieben wird.The MSB segment 15 is designed to convert the six most significant binary bits of the 13-bit input signal VIN and thus 63 bits in thermometer code. The MSB segment 15 therefore comprises 63 weighted MSB converter cells 15a and a redundant weighted MSB converter cell 15b , The weighting of each of these MSB converter cells 15a . 15b here is 128 (= 2 (5 + 2) ). Each MSB converter cell 15a . 15b thus comprises 128 individual cells, each with a switchable current source, as for example described below with reference to 5 is described.
ISB-Segment 16:ISB segment 16 :
Das
ISB-Segment 16 ist dazu ausgelegt zwei binär kodierte
Bits des Eingangssignals VIN und damit drei Bits im Thermometercode
zu wandeln. Das ISB-Segment 16 weist hierzu drei gewichtete ISB-Wandlerzellen 16a sowie
erfindungsgemäß fünf redundante
gewichtete ISB-Wandlerzellen 16b auf. Die ISB-Wandlerzellen 16a, 16b sind
hier mit 32 (= 25) gewichtet und umfassten
somit 32 Einzelzellen.The ISB segment 16 is designed to convert two binary coded bits of the input signal VIN and thus three bits in the thermometer code. The ISB segment 16 has three weighted ISB converter cells for this purpose 16a and according to the invention five redundant weighted ISB converter cells 16b on. The ISB converter cells 16a . 16b here are weighted with 32 (= 2 5 ) and thus comprised 32 single cells.
Die
ISB-Wandlerzellen 16a und redundanten ISB-Wandlerzellen 16b sind
erfindungsgemäß in zwei
gleich viel ISB-Wandlerzellen 16a, 16b enthaltende
Zellengruppen 16c, 16d unterteilt, wobei in der ersten
ISB-Zellengruppe 16c lediglich eine redundante ISB-Wandlerzelle 16b sowie
die „normalen" Wandlerzellen 16a und
in der zweiten ISB-Zellengruppe 16d ausschließlich redundante
ISB-Wandlerzellen 16b vorgesehen sind.The ISB converter cells 16a and redundant ISB converter cells 16b are according to the invention in two equal amount ISB converter cells 16a . 16b containing cell groups 16c . 16d subdivided, being in the first ISB cell group 16c only a redundant ISB converter cell 16b as well as the "normal" converter cells 16a and in the second ISB cell group 16d exclusively redundant ISB converter cells 16b are provided.
LSB-Segment 17:LSB segment 17 :
Das
LSB-Segment 17 ist dazu ausgelegt, fünf binär codierte Bits des Eingangssignals
VIN zu wandeln. Diese binär
codierten Bits werden über
eine Durchkontaktierung 17' direkt
dem LSB-Segment 17 zugeführt. Das LSB-Segment 17 enthält im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
fünf gewichtete LSB- Wandlerzellen 17a sowie
sieben redundante gewichtete LSB-Wandlerzellen 17b,
die aber jeweils eine der Wertigkeit des jeweils umzusetzenden Bits unterschiedliche
binäre
Wichtung im Bereich von 1 bis 16 aufweisen.The LSB segment 17 is designed to convert five binary-coded bits of the input signal VIN. These binary coded bits are via a via 17 ' directly to the LSB segment 17 fed. The LSB segment 17 contains five weighted in the present embodiment LSB converter cells 17a and seven redundant weighted LSB converter cells 17b but each having one of the significance of each bit to be converted different binary weighting in the range of 1 to 16.
Die
LSB-Wandlerzellen 17a, 17b sind erfindungsgemäß in zwei
gleich viel LSB-Wandlerzellen 17a, 17b enthaltende
Zellengruppen 17c, 17d unterteilt, wobei in der
ersten LSB-Zellengruppe 17c lediglich
eine redundante LSB-Wandlerzelle 17b und die „normalen" Wandlerzellen 17a und
in der zweiten LSB-Zellengruppe 17d ausschließlich redundante LSB-Wandlerzellen 17b vorgesehen
sind.The LSB converter cells 17a . 17b are according to the invention in two equal amount LSB converter cells 17a . 17b containing cell groups 17c . 17d divided, wherein in the first LSB cell group 17c only a redundant LSB converter cell 17b and the "normal" converter cells 17a and in the second LSB cell group 17d exclusively redundant LSB converter cells 17b are provided.
Die
Verwendung redundanter Wandlerzellen ist erforderlich, damit die
Kalibrierung des D/A-Wandlers 10 online, d.h. während dessen
Betrieb vorgenommen werden kann. Die Kalibrierung erfolgt bei der
online-Kalibrierung quasi im Hintergrund des Betriebs des D/A-Wandlers 10,
wobei während
des Kalibriervorganges eine jeweilige redundante Wandlerzelle die
Aufgabe der jeweils zu kalibrierenden Wandlerzelle übernimmt.The use of redundant converter cells is required to allow calibration of the D / A converter 10 online, ie during its operation can be made. Calibration takes place during the online calibration virtually in the background of the operation of the D / A converter 10 , wherein during the calibration process, a respective redundant converter cell takes over the task of each converter cell to be calibrated.
Referenzzelle 18:reference cell 18 :
Innerhalb
der D/A-Zellenanordnung 14 ist ferner ein Referenzzelle 18 vorgesehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Referenzzelle 18 bezogen auf die MSB-Wandlerzellen 15a, 15b des MSB-Segments 15 gewichtet,
kann jedoch auch – wenngleich
dies sehr viel aufwändiger
und weniger vorteilhaft ist – als
Referenzzelle 18 eines der übrigen Segmente 16, 17 ausgebildet
sein. Mittels der MSB-Referenzzelle 18 ist es möglich, wie
nachfolgend noch ausführlich
beschrieben wird, eine Kalibrierung sämtlicher Segmente 15–17 vorzunehmen.Within the D / A cell array 14 is also a reference cell 18 intended. In the present embodiment, the reference cell 18 based on the MSB converter cells 15a . 15b of the MSB segment 15 weighted, but also - although this is much more complex and less advantageous - as a reference cell 18 one of the remaining segments 16 . 17 be educated. Using the MSB reference cell 18 It is possible, as will be described in detail below, a calibration of all segments 15 - 17 make.
5 zeigt
ein einfaches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, wie sie vorzugsweise innerhalb
der jeweili gen Wandlerzellen 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b verwendbar
ist. 5 shows a simple circuit diagram of a single cell according to the invention, as preferably within the respec converter cells 15a . 15b . 16a . 16b . 17a . 17b is usable.
Für die nachfolgend
noch erläuterte,
erfindungsgemäße Kalibrierung
wird für
alle Wandlerzellen der D/A-Zellenanordnung 14 ein zusätzlicher
Betriebsmodus bereitgestellt, bei dem die jeweilige Wandlerzelle
und damit auch sämtliche
darin enthaltene Einzelzellen inaktiv geschaltet sind. Dieser zusätzliche
Betriebsmodus wird nachfolgend als Dumpingmodus bezeichnet. Im Dumpingbetrieb
ist eine Einzelzelle von dem Ausgangsanschluss entkoppelt, d.h.
sie ist weder mit dem Signalausgang 12 noch mit einem Kalibrierungsausgang
verbunden. Vielmehr ist hier der Ausgang der jeweiligen Einzelzelle
mit dem Bezugspotential GND oder einer sonstigen Referenz verbunden.For the calibration, which is explained below, according to the invention, the D / A cell arrangement is used for all converter cells 14 provided an additional operating mode in which the respective converter cell and thus also all the individual cells contained therein are inactive. This additional mode of operation is hereinafter referred to as dumping mode. In the dumping mode, a single cell is decoupled from the output terminal, ie it is not connected to the signal output 12 still connected to a calibration output. Rather, here the output of the respective single cell is connected to the reference potential GND or other reference.
In 5 ist
eine lediglich beispielhafte erfindungsgemäße D/A-Einzelzelle mit Bezugszeichen 20 bezeichnet.
Die D/A-Einzelzelle 20 enthält eine Stromquelle 21,
die mit einem Versorgungspotential VBB, beispielsweise einem Batteriepotential
VBB, verbunden ist. Die D/A-Einzelzelle 20 ist dazu ausgelegt,
drei verschiedene Betriebsmodi, einen Normalbetrieb, einen Kalibrierungsbetrieb
und einen Dumpingbetrieb zu unterstützen. Zu diesem Zwecke weist die
D/A-Einzelzelle 20 drei Steuereingänge 22, 23, 24,
in die entsprechende Steuersignale Dt, Cal, Dump einkoppelbar sind,
zur Festlegung des jeweiligen Betriebsmodus auf. Dabei ist über das
Steuersignal Dt am Eingang 22 der Normalbetrieb, über das Steuersignal
Cal am Eingang 23 der Kalibrierbetrieb und über das
Steuersignal am Eingang 24 der Dumpingbetrieb einstellbar.In 5 is a merely exemplary inventive D / A single cell with reference numerals 20 designated. The D / A single cell 20 contains a power source 21 which is connected to a supply potential VBB, for example a battery potential VBB. The D / A single cell 20 is designed to support three different modes of operation, normal operation, calibration operation and dumping operation. For this purpose, the D / A single cell 20 has three control inputs 22 . 23 . 24 , in the corresponding control signals Dt, Cal, Dump can be coupled to determine the respective operating mode on. It is on the control signal Dt at the entrance 22 the normal mode, via the control signal Cal at the input 23 the calibration mode and the control signal at the input 24 the dumping operation adjustable.
Ferner
weist die D/A-Einzelzelle 20 drei durch die jeweiligen
Steuersignale Dt, Cal, Dump steuerbare Schaltvorrichtungen 25, 26, 27 auf.
Lediglich eine Schaltvorrichtung 25–27 ist dabei aktiviert, d.h.
die Stromquelle 21 versorgt ledig lich eine dieser Schaltvorrichtungen 25–27 mit
dem Strom IC.Furthermore, the D / A single cell 20 three by the respective control signals Dt, Cal, Dump controllable switching devices 25 . 26 . 27 on. Only a switching device 25 - 27 is activated, ie the current source 21 only supplies one of these switching devices 25 - 27 with the current IC.
Die
jeweiligen Schaltvorrichtungen 25 weisen steuerbare Schalter
auf. Im Falle des Normalbetriebes sind die steuerbaren Schalter 34, 35 mit
analogen komplementären
Signalausgängen 28, 29 der D/A-Einzelzelle 20 verbunden, über die
somit ein von der Stromquelle 21 erzeugter Strom IC abgreifbar
ist. Im Falle der Schaltvorrichtung 26 zur Einstellung
eines Kalibrierungsmodus lässt
sich über
den jeweiligen Kalibrierausgang 30 ein Ausgangsstrom zur
Kalibrierung bereitstellen. Die Schaltvorrichtung 27, die über den
Eingang 24 zur Einstellung eines Dumpingbetriebes steuerbar
ist, weist hier keinen Ausgang auf und ist statt dessen mit einem
Bezugspotential GND beaufschlagt.The respective switching devices 25 have controllable switches. In the case of normal operation, the controllable switches 34 . 35 with analogue complementary signal outputs 28 . 29 the D / A single cell 20 connected via the thus one from the power source 21 generated current IC can be tapped. In the case of the switching device 26 To set a calibration mode, use the appropriate calibration output 30 provide an output current for calibration. The switching device 27 that go over the entrance 24 is set to adjust a dumping operation, here has no output and is instead acted upon by a reference potential GND.
Die
D/A-Wandlerzelle 20 weist zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 25 ferner
einen Dateneingang 31 sowie einen Takteingang 32 auf,
wobei in den Dateneingang 31 ein binäres Datensignal Din und in
den Takteingang 32 ein Taktsignal Clk einkoppelbar ist.
Zwischen den Eingängen 22, 31, 32 und der
Schaltvorrichtung 25 ist eine Schaltlogik 33 vorgesehen,
die in Abhängigkeit
des Taktsignals Clk und des Datensignals Din die jeweiligen steuerbaren Schalter 34, 35 der
Schaltvorrichtung 25 auf und zu steuern. Dies kann beispielsweise
auf sehr einfache Weise durch ein den Eingängen 31, 32 nachgeschaltetes
und mit dem Takt des Taktsignals Clk getaktetes Flipflop 36 erfolgen.
Dem Flipflop 36 sind ein Inverter 37 und zwei
UND-Gatter 38, 39 nachgeschaltet, die somit die
logische Verknüpfung
des Eingangssignals Din und des Steuersignals Dt zur Ansteuerung
der steuerbaren Schalter 34, 35 vornehmen. Im
Betriebsmodus wird gesteuert durch das Taktsignal Clk, sukzessive
ein jeweiliges Bit durch das Flipflop 36 durchgeschoben.
Abhängig
von der Wertigkeit dieses Bits wird unter Verwendung des nachgeschalteten
Inverters 37 und der UND-Gatter 38, 39 einer
der steuerbaren Schalter 34, 35 geschlossen, über den
somit dem entsprechenden Ausgang 28 bzw. 29 der
Strom IC zugeführt
wird.The D / A converter cell 20 has to control the switching device 25 Furthermore, a data input 31 as well as a clock input 32 on, being in the data input 31 a binary data signal Din and into the clock input 32 a clock signal Clk can be coupled. Between the entrances 22 . 31 . 32 and the switching device 25 is a switching logic 33 provided in dependence of the clock signal Clk and the data signal Din, the respective controllable switch 34 . 35 the switching device 25 on and to control. This can be done, for example, in a very simple way by the inputs 31 . 32 downstream and clocked with the clock of the clock signal Clk flip-flop 36 respectively. The flip-flop 36 are an inverter 37 and two AND gates 38 . 39 downstream, thus the logical combination of the input signal Din and the control signal Dt for driving the controllable switch 34 . 35 make. In the operating mode, a respective bit is successively controlled by the clock signal Clk, successively through the flip-flop 36 pushed through. Depending on the significance of this bit is using the downstream inverter 37 and the AND gate 38 . 39 one of the controllable switches 34 . 35 closed, over the thus the corresponding output 28 respectively. 29 the current IC is supplied.
Im
Kalibrierbetrieb sind die Schalter 34, 35 der
Schaltvorrichtung 25, 27 geöffnet, dass heißt in dem
Kalibrierbetrieb wird der Strom IC lediglich dem Kalibrierausgang 30 zugeführt.In calibration mode, the switches 34 . 35 the switching device 25 . 27 opened, that is, in the calibration mode, the current IC is only the calibration output 30 fed.
Zum
Kalibrieren sämtlicher
Wandlerzellen einschließlich
der redundanten Wandlerzelle sind insgesamt 132 Kalibrierzyklen
Z1–Z132
erforderlich, von denen in der 6 lediglich
einige dargestellt sind. Die Kalibrierzyklen Z1–Z132 definieren dabei eine
Kalibrierschleife 46. Beim Kalibrieren wird nacheinander
jeweils eine Wandlerzelle abgekoppelt. Die jeweils zu kalibrierende
Wandlerzelle trägt
im Kalibrierungsmodus nicht mehr der Erzeugung des analogen Ausgangssignals
bei. Die Funktion der jeweils abgekoppelten, zu kalibrierenden Wandlerzelle übernimmt
dann eine oder mehrere redundante Wandlerzelle(n). Die Kalibrierung
und insbesondere die Abfolge der einzelnen Kalibrierzyklen Z1–Z132 wird
von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung gesteuert.For calibration of all converter cells, including the redundant converter cell, a total of 132 calibration cycles Z1-Z132 are required, of which in the 6 only a few are shown. The calibration cycles Z1-Z132 define a calibration loop 46 , During calibration, one converter cell is disconnected one after the other. The respectively to be calibrated converter cell no longer contributes in the calibration mode of the generation of the analog output signal. The function of the respective decoupled, to be calibrated converter cell then takes over one or more redundant converter cell (s). The calibration and in particular the sequence of the individual calibration cycles Z1-Z132 is controlled by a control device (not shown).
Die
jeweilige zu kalibrierende Wandlerzelle(n) bzw. deren Wert(e) wird/werden
im Kalibrierungsmodus mit dem Wert der Referenzzelle verglichen.
Dabei stellt die Differenz zwischen den Werten der zu kalibrierenden
Wandlerzelle und der Referenzzelle den Fehler der zu kalibrierenden
Wandlerzelle dar, der in einem eigens dafür vorgesehenen Speicher gespeichert
wird. Dieser gespeicherte Wert wird für die Korrektur des Wertes
der zu kalibrierenden Wandlerzelle verwendet, um eine steuerbare Stromquelle
(siehe 5), beispielsweise ein oder mehrere schaltbare
Transistoren, entsprechende dem gespeicherten Wert anzusteuern.
Die Stromquelle dient dazu, die zu kalibrierende Wandlerzelle mit
einem dem gespeicherten Wert entsprechenden Kalibrierstrom zu beaufschlagen
und damit auf den Wert der Referenzzelle zu kalibrieren.The respective transducer cell (s) to be calibrated or their value (s) is / are compared in the calibration mode with the value of the reference cell. In this case, the difference between the values of the transducer cell to be calibrated and the reference cell represents the error of the converter cell to be calibrated, which is stored in a dedicated memory. This stored value is used to correct the value of the converter cell to be calibrated to provide a controllable current source (see US Pat 5 ), for example one or more switchable transistors, corresponding to the stored value. The current source serves to load the transducer cell to be calibrated with a calibration current corresponding to the stored value and thus to calibrate it to the value of the reference cell.
Allerdings
ist der jeweilige Wert einer D/A-Wandlerzelle innerhalb einer D/A-Zellenanordnung
typischerweise über
einen längeren
Zeitraum statisch nicht stabil, sondern weicht mit zunehmender Zeit
von dem idealen, beispielsweise korrigierten Wert ab. Ursache dafür sind parasitäre Effekte,
die beispielsweise durch Abweichungen der Temperatur, Schwankungen
der Versorgungsspannung, Technologieschwankungen bei der Herstellung
und dergleichen hervorgerufen werden können. Aus diesen Gründen ist
es vorteilhaft, ein Kalibrierverfahren bereit zustellen, bei dem
sämtliche
D/A-Wandlerzellen der D/A-Zellenanordnung nacheinander kalibriert werden
und bei dem, nachdem die letzte D/A-Wandlerzelle kalibriert wurde
und die Kalibrierschleife 46 durchlaufen wurde, wieder
mit der Kalibrierung der ersten D/A-Wandlerzelle der D/A-Zellenanordnung begonnen
wird.However, the particular value of a D / A converter cell within a D / A cell array is typically not statically stable over an extended period of time, but deviates from the ideal, eg, corrected, value with increasing time. This is due to parasitic effects, which can be caused for example by deviations of the temperature, fluctuations in the supply voltage, technology fluctuations in the production and the like. For these reasons, it is advantageous to provide a calibration method in which all of the D / A converter cells of the D / A cell array are sequentially calibrated and in which after the last D / A converter cell has been calibrated and the calibration loop 46 Once again, calibration of the first D / A converter cell of the D / A cell array is started.
Nachfolgend
sei das erfindungsgemäße Kalibrierungsprinzip
anhand von 6 erläutert. In der 6 ist
mit dem jeweiligen Pfeil dargestellt, welche Wandlerzellen innerhalb
der D/A-Wandleranordnung in dem jeweiligen Zyklus kalibriert werden.
Die im normalen Betriebsmodus betrieben Wandlerzellen sind weiß, die im
Kalibrierbetrieb betriebenen Wandlerzellen sind hellgrau und die
im Dumpingbetrieb betriebenen Wandlerzellen sind dunkelgrau dargestellt.In the following, the inventive calibration principle is based on 6 explained. In the 6 is shown with the respective arrow, which converter cells are calibrated within the D / A converter assembly in the respective cycle. The converter cells operated in the normal operating mode are white, the converter cells operated in the calibration mode are light gray and the converter cells operated in the dumping mode are shown in dark gray.
Zyklus 1 bis 64 (40):Cycle 1 to 64 (40):
Hier
werden die Wandlerzellen 1 bis 64 des MSB-Segments 15 nacheinander
kalibriert. Dabei werden die Wandlerzellen der jeweils ersten Gruppen 16c, 17c des
ISB-Segments bzw. LSB-Segments 16, 17 im
normalen Betriebsmodus verwendet, während die jeweiligen zweiten
Zellgruppen 16d, 17d dieser beiden Segmente 16, 17 im
Dumpingbetrieb betrieben werden.Here, the converter cells 1 to 64 of the MSB segment 15 calibrated one after the other. In this case, the converter cells of the respective first groups 16c . 17c of the ISB segment or LSB segment 16 . 17 used in normal operating mode, while the respective second cell groups 16d . 17d of these two segments 16 . 17 be operated in the dumping operation.
Zyklus 65 (41):Cycle 65 (41):
Im
Zyklus 65 werden die Wandlerzellen der zweiten ISB-Zellgruppe 16d (4 × 32 = 128)
kalibriert. Die 64-zigste MSB-Wandlerzelle,
also die redundante MSB-Wandlerzelle, wird in den Dumpingbetrieb geschaltet.
Die ersten Zellgruppen 16c, 17c der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden
im normalen Betriebsmodus betrieben, während die Wandlerzellen der
zweiten LSB-Zellgruppe 17d nach wie vor im Dumpingbetrieb
betrieben werden.In cycle 65, the converter cells of the second ISB cell group 16d (4 × 32 = 128) calibrated. The 64th MSB converter cell, ie the redundant MSB converter cell, is switched to dumping mode. The first cell groups 16c . 17c the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in the normal operating mode, while the converter cells of the second LSB cell group 17d continue to operate in the dumping business.
Zyklus 66 (42):Cycle 66 (42):
Im
Zyklus 66 werden die Wandlerzellen der zweiten LSB-Zellgruppe 17d (1
+ 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) zusammen mit drei im 65-zigsten Zyklus
(41) gerade kalibrierten Wandlerzellen der zweiten ISB-Zellgruppe 16d (3 × 32 = 96)
kalibriert. Die 64-zigste MSB-Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle)
ist nach wie vor im Dumpingbetrieb. Die ersten Zellgruppen 16c, 17c der
ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im Normalbetrieb
betrieben, während
die vierte, ebenfalls bereits kalibrierte Wandlerzelle (redundante
Wandlerzelle) der zweiten ISB-Zellgruppe 16d in den Dumpingbetrieb
geschaltet wird.In cycle 66, the converter cells of the second LSB cell group 17d (1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) along with three in the 65th cycle (41) just calibrated transducer cells of the second ISB cell group 16d (3 x 32 = 96). The 64th MSB converter cell (redundant converter cell) is still in dumping mode. The first cell groups 16c . 17c the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in normal operation, while the fourth, also already calibrated converter cell (redundant converter cell) of the second ISB cell group 16d is switched to the dumping operation.
Zyklus 67 bis 130 (43):Cycle 67 to 130 (43):
Vom
Zyklus 67 bis 130 an werden die Wandlerzellen 1 bis 64 des MSB-Segmentes 15 nacheinander
kalibriert. Die gerade kalibrierten Wandlerzellen der jeweils zweiten
Zellgruppen 16d, 17d der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden
im normalen Betrieb betrieben, während
die Wandlerzellen der jeweils ersten Zellgruppen 16c, 17c dieser Segmente 16, 17 nun
im Dumpingbetrieb betrieben werden.From cycle 67 to 130, the converter cells 1 to 64 of the MSB segment become 15 calibrated one after the other. The just calibrated converter cells of each second cell groups 16d . 17d the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in normal operation, while the converter cells of each first cell groups 16c . 17c these segments 16 . 17 now be operated in the dumping operation.
Zyklus 131 (45):Cycle 131 (45):
Im
Zyklus 131 (44) werden die Wandlerzellen der ersten ISB-Zellgruppe 16c (4 × 32 = 128)
kalibriert. Die 64-zigste MSB-Wandlerzelle
(redundante Wandlerzelle) wird in den Dumpingbetrieb geschaltet.
Die Wandlerzellen der jeweils zweiten Zellgruppen 16d, 17d der
ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im Betriebsmodus
betrieben, während
die Wandlerzellen der ersten LSB-Zellgruppe 17c nach wie
vor im Dumpingbetrieb betrieben wird.In cycle 131 (44), the converter cells of the first ISB cell group 16c (4 × 32 = 128) calibrated. The 64th MSB converter cell (redundant converter cell) is switched to dumping mode. The converter cells of the respective second cell groups 16d . 17d the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in the operating mode while the converter cells of the first LSB cell group 17c continues to operate in the dumping business.
Zyklus 132 (45):Cycle 132 (45):
Im
Zyklus 132 (45) werden die Wandlerzellen der ersten LSB-Zellgruppe 17c (1
+ 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) zusammen mit drei bereits kalibrierten Wandlerzellen
der ersten ISB-Zellgruppe 16c (3 × 32 = 96)
kalibriert. Die 64-zigste Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle)
des MSB-Segmentes 15 wird nach wie vor im Dumpingbetrieb
betrieben. Die Wandlerzellen der jeweils zweiten Zellgruppen 16d, 17d der
ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden
im normalen Betrieb betrieben, während
die vierte Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle) der ersten ISB-Zellgruppe 16c in
den Dumpingbetrieb geschaltet wird.In cycle 132 (45), the converter cells of the first LSB cell group 17c (1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) together with three already calibrated transducer cells of the first ISB cell group 16c (3 x 32 = 96). The 64th-largest converter cell (redundant converter cell) of the MSB segment 15 is still operating in the dumping business. The converter cells of the respective second cell groups 16d . 17d the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in normal operation, while the fourth converter cell (redundant converter cell) of the first ISB cell group 16c is switched to the dumping operation.
Innerhalb
einer Kalibrierschleife 46 werden dabei die alle Wandlerzellen
des höchstwertigen MSB-Segmentes
jeweils doppelt kalibriert, wohingegen die Wandlerzellen der niedriger
wertigen ISB- und LSB-Wandlerzellen jeweils nur einmal kalibriert werden.
Dies stellt eine aus sehr vorteilhafte Implementierung dar, die
insbesondere hinsichtlich der Codierung und der Ansteuerung der
einzelnen Wandlersegmente sehr elegant ist. Jedoch wäre es selbstverständlich auch
denkbar und insbesondere sehr vorteilhaft, wenn innerhalb einer
Kalibrierschleife 46 alle Wandlerzellen jeweils nur einmal
oder auch mehrfach kalibriert werden.Within a calibration loop 46 In this case, all the converter cells of the most significant MSB segment are each calibrated twice, whereas the converter cells of the lower-order ISB and LSB converter cells are each calibrated only once. This represents a very advantageous implementation, which is very elegant, in particular with regard to the coding and the control of the individual converter segments. However, it would of course also be conceivable and in particular very advantageous if, within a calibration loop 46 All converter cells are calibrated only once or even several times.
In
einer weiteren Ausgestaltung wäre
ebenfalls denkbar, wenn in den niedriger wertigen ISB- und LSB-Wandlerzellen
deren Wandlerzellen nicht Gruppenweise, sondern vielmehr auch einzeln
kalibriert werden, wie dies beispielsweise auch bei den Wandlerzellen
des MSB-Segmentes gemacht wird, wenngleich dies einen schaltungs-
und steuertechnisch sehr aufwändige
Implementierung darstellt. In gleicher Weise können aber auch die Wandlerzellen des
MSB-Segmentes gruppenweise kalibriert werden.In
another embodiment would be
also feasible if in the lower-valued ISB and LSB converter cells
their converter cells not in groups, but rather individually
calibrated, as for example in the converter cells
of the MSB segment, although this is a switching
and tax technically very complex
Implementation represents. In the same way but also the converter cells of the
MSB segments are calibrated in groups.
Nach
dem letzten Kalibrierzyklus, also nach dem Kalibrierzyklus 132,
ist diese Kalibrierschleife 46 beendet, das heißt, sämtliche
Wandlerzellen der Segmente 15, 16, 17 des
D/A-Wandlers sind kalibriert worden.After the last calibration cycle, ie after the calibration cycle 132, this calibration loop is 46 terminated, that is, all the converter cells of the segments 15 . 16 . 17 of the D / A converter have been calibrated.
Allerdings
geht der durch die Kalibrierung gewonnene Kalibrierwert, mittels
dem die entsprechenden Wandlerzellen kalibriert werden, typischerweise auf
Grund von parasitären
Effekten wieder verloren, sodass es vorteilhaft ist, ständig eine
neue Kalibrierung vorzunehmen, um dadurch den jeweiligen Kalibrierwert
immer wieder neu aufzufrischen. Aus diesen Gründen wird eine dynamische Kalibrierung
vorgenommen. Bei der dynamischen Kalibrierung beschreibt der oben
beschriebene Kalibrierprozess eine fortwährende Kalibrierschleife 46,
dass heißt
bei Beendigung des Kalibrierprozesses und damit bei Kalibrierung
aller Wandlerzellen fängt
diese Kalibrierung wieder von neuem an, so dass die neue Kalibrierschleife 46 wieder
mit dem Kalibrierzyklus Z1 beginnt. Denkbar wäre allerdings auch, dass mit
der neuen Kalibrierschleife 46 nicht unmittelbar nach Beendigung
der jeweils vorausgegangenen Kalibrierschleife begonnen wird, sondern
dass diese zu einem späteren
Zeitpunkt, beispielsweise nach einer vorgegebenen Zeit oder einem
vorgegebenen Ereignis, erneut startet.However, the calibration value obtained by the calibration, by means of which the corresponding converter cells are calibrated, is typically lost again due to parasitic effects, so that it is advantageous to constantly perform a new calibration in order to constantly refresh the respective calibration value. For these reasons, a dynamic calibration is performed. For dynamic calibration, the calibration process described above describes a continuous calibration loop 46 That is, at the end of the calibration process and thus in calibration of all converter cells, this calibration starts again, so that the new calibration loop 46 starts again with the calibration cycle Z1. It would also be conceivable, however, that with the new calibration loop 46 is not started immediately after the completion of each previous calibration loop, but that it restarts at a later date, for example, after a predetermined time or a predetermined event.
An
dieser Stelle sei auch anzumerken, dass der erfindungsgemäße Kalibriervorgang
nicht notwendigerweise an die anhand der 6 beschriebenen
Reihenfolge innerhalb einer jeweiligen Kalibrierschleife gebunden
ist, sondern diese Reihenfolge selbstverständlich innerhalb einer entsprechenden Kalibrierschleife 46 beliebig
variiert werden kann.It should also be noted at this point that the calibration process according to the invention does not necessarily follow that of FIG 6 This sequence is, of course, within a corresponding calibration loop 46 can be varied as desired.
Um
eine möglichst
effiziente Kalibrierung zu erreichen, sollten insbesondere die Wandlerzellen des
ISB- und LSB-Segmentes 16, 17 möglichst
in einer vorbestimmten Reihe angesteuert werden, um dadurch eine
vorbestimmte Reihenfolge der Betriebsmodi einzustellen. Dabei sollten
diese Wandler zellen möglichst
in der folgenden Reihenfolge betrieben werden:
- 1.
Kalibriermodus
- 2. Normalbetrieb
- 3. Dumpingbetrieb
In order to achieve the most efficient calibration, in particular the converter cells of the ISB and LSB segment should 16 . 17 possibly in a predetermined row, thereby setting a predetermined order of the operation modes. These transducer cells should be operated as possible in the following order: - 1st calibration mode
- 2. Normal operation
- 3. Dumping operation
Das
bedeutet, dass die jeweilige Wandlerzellen des ISB- und LSB-Segmentes 16, 17 möglichst unmittelbar
nachdem sie kalibriert wurden in den normalen Betriebsmodus zur
D/A-Wandlung geschaltet werden
sollten und nicht nach dem Dumping-Modus. Sollten die Wandlerzellen
erst nach dem Dumping-Modus
in den normalen Betriebsmodus geschaltet werden, könnte dieser
normale Betriebsmodus bereits durch einen Speicherverlust, wie er
eingangs beschrieben wurde, betroffen sein, so dass hier die entsprechenden
Wandlerzellen nicht mehr in kalibrierter Form vorliegen, was letztlich
zu einer unerwünschten
Verzerrung führen
kann.This means that the respective converter cells of the ISB and LSB segment 16 . 17 as soon as they are calibrated should be switched to the normal D / A conversion mode of operation and not after the dumping mode. If the converter cells are switched to the normal operating mode only after the dumping mode, this normal operating mode could already be affected by a memory leak as described above, so that here the corresponding converter cells are no longer in calibrated form, which can ultimately lead to undesirable distortion.
Der
oben anhand von 6 beschriebene Kalibrierprozess
stellt eine bevorzugte Implementierung dar, bei dem sämtliche
Wandlerzellen aller Segmente 15, 16, 17 durch
den Kalibrierprozess kalibriert werden. Dies ist allerdings nicht
notwendigerweise erforderlich. Vielmehr wäre auch denkbar, einzelne Wandlerzellen,
insbesondere diejenigen Wandlerzellen der niedrigstwertigen Segmente,
nicht zu kalibrieren. Denkbar wäre
also im konkreten Fall, dass lediglich die Wandlerzellen der (beiden)
höchstwertigen MSB-
und ISB-Segmente 15, 16 kalibriert
werden, nicht jedoch die Wandlerzellen des (oder der) niedrigstwertigen
LSB-Segmentes 17. Denkbar wäre ferner, wenngleich dies
weniger sinnvoll ist, dass lediglich die Wandlerzellen des oder
der niedrigerwertigen Segmente, nicht jedoch des oder der höchstwertigen
Segmente kalibriert werden.The above based on 6 described calibration process is a preferred implementation in which all the converter cells of all segments 15 . 16 . 17 be calibrated by the calibration process. However, this is not necessarily required. Rather, it would also be conceivable not to calibrate individual converter cells, in particular those converter cells of the least significant segments. It would thus be conceivable in the specific case that only the converter cells of the (two) most significant MSB and ISB segments 15 . 16 but not the converter cells of the LSB least significant segment (s) 17 , It would also be conceivable, although this makes less sense, that only the converter cells of the one or more lower-order segments, but not the one or more highest-order segments, are calibrated.
Ein
derartiges Ausführungsbeispiel,
bei dem die erfindungsgemäße Kalibrierung
lediglich für
die Wandlerzellen des MSB- und
ISB-Segmentes vorgenommen wird, ist in dem Blockschaltbild in 7 dargestellt.
Dort werden lediglich die MSB- und ISB-Wandlerzellen,
nicht jedoch die LSB-Wandlerzellen kalibriert, dass heißt die Schritte 42 und 45 entfallen
hier. Dies hat zum Einen den Vorteil, dass man sich die Kalibrierzyklen 42, 45 zum
Kalibrieren der LSB-Wandlerzellen einspart, im vorliegenden Fall also
zwei Kalibrierzyklen. Zum Anderen wird dadurch das Durchlaufen der
Kalibrierschleife und somit die erfindungsgemäße Kalibrierung mehr oder weniger schneller.
Außerdem
wird der gesamte schaltungstechnische Aufwand zum Kalibrieren etwas
reduziert. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel stellt somit einen
Kompromiss zwischen optimaler Kalibrierung und damit einhergehender
optimaler Eigenschaften des D/A-Wandlers (hinsichtlich Linearität und SFDR) einerseits
und andererseits hinsichtlich des dafür erforderlichen schaltungstechnischen
Aufwandes dar.Such an embodiment, in which the calibration according to the invention is performed only for the converter cells of the MSB and ISB segment, is shown in the block diagram in FIG 7 shown. There, only the MSB and ISB converter cells, but not the LSB converter cells are calibrated, that is, the steps 42 and 45 omitted here. On the one hand, this has the advantage of taking care of the calibration cycles 42 . 45 to calibrate the LSB converter cells saves, in this case, two calibration cycles. On the other hand, this makes the passage through the calibration loop and thus the calibration according to the invention more or less faster. In addition, the entire circuit complexity for calibration is slightly reduced. This preferred embodiment thus represents a compromise between optimum calibration and the associated optimal properties of the D / A converter (in terms of linearity and SFDR) on the one hand and on the other hand in terms of the required circuit complexity.
Dem
Vernachlässigen
der Kalibrierung der Wandlerzellen niedrigerwertiger Segmente, wie
beispielsweise des LSB-Segmentes 17,
liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eben diese Wandlerzellen bzw.
die entsprechenden Segmente einen im Vergleich zu den Wandlerzellen
höherwertiger
Segmente, wie zum Beispiel des MSB- und ISB-Segmentes 15, 16,
deutlich geringeren Einfluss auf die Verzerrungen im Ausgangsspektrum
und damit auf den SFDR und die Linearität des D/A-Wandlers haben. Das
Kalibrieren dieser niedrigerwertigen Wandlerzellen kann somit eher
vernachlässigt
werden, ohne dass dies signifikant schlechtere Eigenschaften des D/A-Wandlers
zur Folge hätte.Neglecting the calibration of the converter cells of lower order segments, such as the LSB segment 17 , is based on the knowledge that just these converter cells or the corresponding segments in comparison to the converter cells of higher-value segments, such as the MSB and ISB segment 15 . 16 , have significantly less influence on the distortion in the output spectrum and thus on the SFDR and the linearity of the D / A converter. Calibrating these lower order transducer cells may thus be more likely to be neglected without significantly degrading the characteristics of the D / A converter.
Wie
bereits oben anhand der 6 und 7 beschrieben
wurde, sind für
die niedrigerwertigen Segmente eine mehr oder weniger große Anzahl an
redundanten Wandlerzellen erforderlich. Deren Anzahl sowie deren
Aufteilung innerhalb eines jeweiligen Segmentes hängt dabei
im Wesentlichen von der Anzahl der verwendeten Segmente sowie der
Anzahl der darin enthaltenen Wandlerzellen ab. Anhand des Blockschaltbildes
in 8 wird nachfolgend das Prinzip zur Bestimmung
der Anzahl und der Unterteilung der für die jeweilige Kalibriervorrichtung
erforderlichen redundanten Wandlerzellen erläutert.As already above on the basis of 6 and 7 has been described, a more or less large number of redundant converter cells are required for the lower-level segments. Their number and their division within a respective segment depends essentially on the number of segments used and the number of converter cells contained therein. Based on the block diagram in 8th the principle for determining the number and the subdivision of the redundant converter cells required for the respective calibration device is explained below.
Es
sei angenommen, dass der D/A-Wandler eine segmentierte D/A-Zellenanordnung
mit einer Anzahl N parallel angeordneter Segmente 50–52 aufweist.
Jedes Segment 50–52 weist
zunächst
einen Wandlerblock 50a–52a sowie
eine einzelne redundante Wandlerzelle 50b–52b (U1
bis UN) auf. Ein jeweiliger Wandlerblock 50a–52a enthält dabei
eine Vielzahl von Wandlerzellen 50a–52a. Die in den Wandlerblöcken 50a–52a enthaltenen
Wandlerzellen entsprechen zum Beispiel den Wandlerzellen 15a, 16a, 17a aus 4.
Die Anzahl der Wandlerzellen in den jeweiligen Wandlerblöcken 50a–52a ist
fest vorgegeben und soll nicht verändert werden. Typischerweise,
jedoch nicht notwendigerweise, nimmt die Gewichtung der Wandlerzellen 50a–52a von
dem höchstwertigen
Segment 50 hin zu dem niedrigstwerten Segment 52 ab.Assume that the D / A converter is a segmented D / A cell array having a number N of segments arranged in parallel 50 - 52 having. Every segment 50 - 52 initially has a converter block 50a - 52a and a single redundant converter cell 50b - 52b (U1 to UN). A respective converter block 50a - 52a contains a variety of converter cells 50a - 52a , The in the converter blocks 50a - 52a contained converter cells correspond, for example, the converter cells 15a . 16a . 17a out 4 , The number of converter cells in the respective converter blocks 50a - 52a is fixed and should not be changed. Typically, though not necessarily, the weighting of the converter cells decreases 50a - 52a from the most significant segment 50 towards the lowest segment 52 from.
Es
sei angenommen, dass das höchstwertige
Segment 50 eine Anzahl M1 an Wandlerzellen 50a,
das zweithöchstwertige
Segment 51 eine Anzahl M2-Wandlerzellen 51a und
das niedrigstwertige Segment 52 eine Anzahl MN-Wandlerzellen 52a aufweist.
Es sei ferner angenommen, dass das höchstwertige Segment 50 Wandlerzellen 50a mit
großer Gewichtung
sowie eine einzelne redundante Wandlerzelle 50b mit derselben
Gewichtung aufweist. Das Segment 51 weist demgegenüber Wandlerzellen 51a mit
einer geringeren Gewichtung und das niedrigstwertige Segment 52 weist
Wandlerzellen 52a mit der geringsten Gewichtung auf, wenngleich
dies nicht notwendigerweise so vorgesehen werden muss.It is assumed that the most significant segment 50 a number M1 of converter cells 50a , the second-highest-end segment 51 a number of M2 converter cells 51a and the least significant segment 52 a number of MN converter cells 52a having. It is further assumed that the most significant segment 50 transducer cells 50a with high weight as well as a single redundant converter cell 50b having the same weighting. The segment 51 In contrast, has converter cells 51a with a lower weighting and the least significant segment 52 has converter cells 52a with the least weight, although this need not necessarily be so.
Die
Kalibrierung der Wandlerzellen 50a des höchstwertigen
Segment 50 erfolgt hier in an sich bekannter Weise, wie
bereits eingangs anhand der 2 sowie
anhand der 6 und 7 beschrieben
wurde.The calibration of the converter cells 50a the highest-value segment 50 takes place here in a conventional manner, as already described at the outset of the 2 as well as on the basis of 6 and 7 has been described.
Dadurch
dass nun auch die Wandlerzellen 51a, 52a der niedrigerwertigen
Segmente 51, 52 kalibriert werden sollen, müssen dort
zusätzliche
redundante Wandlerzellen 51b, 52b bereitgestellt
werden, da die in diesen Segmenten 51, 52 jeweils
vorgesehene einzelne redundante Wandlerzelle 51b, 52b allein
schon aufgrund deren geringerer Gewichtung für die Kalibrierung nicht ausreicht.
Um eine Kalibrierung der Wandlerzellen der niedrigerwertigen Segmente 51, 52 vornehmen
zu können,
muss die Anzahl der in den niedrigerwertigen Segmenten erforderlichen
redundanten Wandlerzellen entsprechend erhöht werden. Dazu bietet sich
das nachfolgend anhand von 8 beschriebene
Verfahren an:Because now also the converter cells 51a . 52a the lower-value segments 51 . 52 need to be calibrated, there must be additional redundant converter cells 51b . 52b be provided because in these segments 51 . 52 respectively provided individual redundant converter cell 51b . 52b just because of their lower weighting for the calibration is not enough. To calibrate the converter cells of the lower-order segments 51 . 52 To make, the number of required in the lower-level segments redundant converter cells must be increased accordingly. This can be found below on the basis of 8th described method to:
Schritte (1), (2):Steps (1), (2):
In
einem ersten Schritt (1) wird durch Hinzufügen weiterer redundanter Wandlerzellen 51b, 52b ein
neues Array 51c, 52c mit einer größeren Anzahl redundanter
Wandlerzellen 51b, 52b gebildet. Die Anzahl der
für das
Array 51c, 52c erforderlichen redundanten Wandlerzellen 51b, 52b ist
dabei abhängig von
der jeweiligen Gewichtung der redundanten Wandlerzelle des vorherigen
Segmentes (siehe Schritt (2)). Das heißt, die Gewichtung multipliziert mit
der Anzahl der Wandlerzellen im Array 51c entspricht der
Gewichtung der redundanten Wandlerzelle 50b (Schritt(2)).In a first step (1), adding further redundant converter cells 51b . 52b a new array 51c . 52c with a larger number of redundant converter cells 51b . 52b educated. The number of for the array 51c . 52c required redundant converter cells 51b . 52b is dependent on the respective weighting of the redundant converter cell of the previous segment (see step (2)). That is, the weight multiplied by the number of converter cells in the array 51c corresponds to the weighting of the redundant converter cell 50b (Step 2)).
In
gleicher Weise entspricht das Produkt aus Gewichtung und Anzahl
der Wandlerzellen im niedrigetwertigen (N) Array 52c der
Gewichtung der jeweiligen redundanten Wandlerzelle des entsprechend nächsthöheren (N–1) Segmentes.Likewise, the product of weighting and number of transducer cells corresponds to the low-order (N) array 52c the weighting of the respective redundant converter cell of the corresponding next higher (N-1) segment.
Schritt (3):Step 3):
In
einem weiteren Schritt (3) wird das sich daraus ergebende Array 51c, 52c verdoppelt,
so dass man nun ein erstes Array 51d, 52d und
ein zweites Array 51e, 52e je Segment 51, 52 erhält. Bei der
Kalibrierung ist nun jeweils eines dieser Arrays 51d, 52d; 51e, 52e,
beispielsweise das Array 51d, 52d, im Kalibriermodus,
wohingegen das jeweils andere Array, beispielsweise das Array 51e, 52e,
im normalen Betriebsmodus betrieben wird, und umgekehrt.In a further step (3), the resulting array 51c . 52c doubled, so now you have a first array 51d . 52d and a second array 51e . 52e per segment 51 . 52 receives. The calibration is now one of each of these arrays 51d . 52d ; 51e . 52e for example, the array 51d . 52d , in calibration mode, whereas the other array, for example, the array 51e . 52e , is operated in normal operating mode, and vice versa.
Erfindungsgemäß kann nun
ein segmentierter D/A-Wandler mit einer Kalibriereinrichtung ausgestattet
werden, um die Wandlerzellen von zumindest zwei und im Idealfall
von allen Segmenten des D/A-Wandlers zu kalibrieren. Für diese
Kalibriervorrichtung ist es lediglich erforderlich, für die weiteren Segmente,
beispielsweise für
die niedrigerwertigen Segmente, zusätzliche redundante Wandlerzellen bereitzustellen,
wobei dies mittels des anhand in der 8 beschriebenen
Funktionsablaufes erfolgen kann. Die Größe eines solchen Arrays 51c, 52c entspricht
vorteilhafterweise der Größe einer
einzelnen redundanten Wandlerzelle des jeweils übergeordneten Segmentes 50–52.According to the invention, a segmented D / A converter can now be equipped with a calibration device in order to calibrate the converter cells of at least two and ideally of all segments of the D / A converter. For this calibration device, it is only necessary to provide additional redundant converter cells for the further segments, for example for the lower-value segments, this being done by means of the method described in US Pat 8th described functional sequence can be done. The size of such an array 51c . 52c advantageously corresponds to the size of a single redundant converter cell of each higher-level segment 50 - 52 ,
Eine
jeweilige Wandlerzelle weist dabei, je nach deren Gewichtung, typischerweise
eine Vielzahl von Einzelzellen, wie sie beispielsweise anhand der 5 beschrieben
wurden, auf. Wenn in der vorliegenden Patentanmeldung also von der
Größe einer Wandlerzelle
bzw. einer redundanten Wandlerzelle oder eines entsprechenden Arrays
gesprochen wird, ist dabei stets die Anzahl der diesen Wandlerzellen bzw.
diesem Array zugeordneten Einzelzellen gemeint. Die Größe einer
jeweiligen Wandlerzelle bzw. eines jeweiligen Arrays spiegelt sich
dann auch in der entsprechenden Gewichtung dieser Wandlerzellen bzw.
des entsprechenden Arrays wieder.A respective converter cell has, depending on their weighting, typically a plurality of individual cells, such as those based on the 5 were described on. If the size of a converter cell or a redundant converter cell or a corresponding array is used in the present patent application, the number of individual cells assigned to these converter cells or this array is always meant. The size of a respective converter cell or of a respective array is then also reflected in the corresponding weighting of these converter cells or of the corresponding array.
Dadurch
dass nun in den niedrigerwertigen Segmenten 51, 52 die
entsprechenden redundanten Wandlerzellen in zwei unterschiedlichen
Array-Gruppen 51d, 52d; 51e, 52e unterteilt
sind, sind für
das Kalibrieren der entsprechenden Wandlerzellen dieser Segmente 51, 52 jeweils
zwei zusätzlich
Kalibrierzyklen (siehe auch 6, 7)
erforderlich.That now in the lower-valued segments 51 . 52 the corresponding redundant converter cells in two different array groups 51d . 52d ; 51e . 52e are divided for calibrating the corresponding converter cells of these segments 51 . 52 two additional calibration cycles (see also 6 . 7 ) required.
Anhand
der 9 sei nachfolgend das Prinzip des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorithmus
in sehr allgemeiner Form dargestellt.Based on 9 Let the principle of the calibration algorithm according to the invention be shown in very general form below.
Zur
Kalibrierung der Wandlerzellen 50a des höchstwertigen
Segmentes 50 wird eine klassische Kalibrierung unter Verwendung
der redundanten Wandlerzelle 50b vorgenommen (1). Für die Kalibrierung
sind hier eine der Anzahl M1 der Wandlerzellen 50a entsprechende
Anzahl an Kalibrierzyklen, also M1-Kalibrierzyklen, erforderlich.For calibration of the converter cells 50a of the highest-value segment 50 becomes a classical calibration using the redundant converter cell 50b made (1). For the calibration here are one of the number M1 of the converter cells 50a corresponding number of calibration cycles, ie M1 calibration cycles required.
Zum
Kalibrieren der Wandlerzellen des nächstniedrigeren Segmentes 51 sind
neben den M1-Kalibrierzyklen zwei zusätzliche Kalibrierzyklen, also
insgesamt (M1 + 2)-Kalibrierzyklen, erforderlich (2). Dabei werden
die neu eingefügten
Arrays 51d, 51e in jeweils einem der zusätzlichen
Kalibrierzyklen kalibriert.For calibrating the converter cells of the next lower segment 51 In addition to the M1 calibration cycles, two additional calibration cycles are required, ie a total of (M1 + 2) calibration cycles (2). This will be the newly inserted arrays 51d . 51e each calibrated in one of the additional calibration cycles.
Für jedes
zusätzliche
Segment werden zwei weitere Kalibrierzyklen benötigt (3). Es sind zumindest
also insgesamt (M1 + ((N–1)·2))-Kalibrierzyklen erforderlich,
wobei mit N die Anzahl der Segmente bezeichnet ist und die Kalibrierung
unter der Maßgabe
erfolgt, dass innerhalb einer Kalibrierschleife jeweils nur Wandlerzelle
kalibriert werden soll. In jedem dieser zusätzlichen Kalibrierzyklen werden
die kompletten Arrays 52d, 52e zusammen mit den
gerade vorher kalibrierten Segmenten bzw. der darin enthaltenen
redundanten Wandlerzellen kalibriert.For each additional segment, two more calibration cycles are required (3). Thus, at least a total of (M1 + ((N-1) .2)) calibration cycles are required, where N is the number of segments and the calibration is performed with the proviso that only one transducer cell should be calibrated within a calibration loop. In each of these additional calibration cycles, the complete arrays 52d . 52e calibrated together with the just previously calibrated segments or the redundant converter cells contained therein.
Die
generische Idee des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorithmus ist
in 8 lediglich schematisch angedeutet.The generic idea of the calibration algorithm according to the invention is in 8th indicated only schematically.
An
dieser Stelle sei anzumerken, dass die erfindungsgemäße Kalibrierung
bei jedem erwünschten
Level, das heißt
nach Beginn des höchstwertigen Segmentes 50 bei
jedem der niedrigerwertigen Segmente 51, 52 abgebrochen
werden kann. Beispielsweise könnte
eine entsprechende Steuereinrichtung vor gesehen sein, die vorsieht,
dass lediglich das höchstwertige
Segment, zusätzlich
eines oder mehrere niedrigerwertigen Segmente oder alle Segmente und
damit die darin enthaltenen Wandlerzellen kalibriert werden.It should be noted at this point that the inventive calibration at each desired level, that is, after the start of the most significant segment 50 at each of the lower order segments 51 . 52 can be canceled. For example, a corresponding control device could be seen before, which provides that only the most significant segment, in addition one or more lower order segments or all segments and thus the transducer cells contained therein are calibrated.
10 zeigt
das Ausgangsspektrum eines D/A-Wandlers, dessen Wandlerzellen anhand
eines erfindungsgemäßen rekursiven
Kalibrieralgorithmus, wie er anhand von 9 skizziert
wurde, kalibriert wurden. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorithmus
besteht in einer signifikanten Reduzierung der verbleibenden harmonischen
Frequenzen, was insgesamt zu einer signifikanten Verbesserung des
störungsfreien
Dynamikbereiches SFDR führt.
Dieser Sachverhalt ist in 10 dargestellt,
bei dem eine quantitative Verbesserung des SFDR bei Verwendung des
erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens
im Unterschied zu einem herkömmlichen
Kalibrierverfahren (gestrichelte Frequenz-Balken) dargestellt wurde. 10 shows the output spectrum of a D / A converter whose converter cells based on a recursive calibration algorithm according to the invention, as it is based on 9 sketched, calibrated. The main advantage of the calibration algorithm according to the invention is a significant reduction of the remaining harmonic frequencies, which overall leads to a significant improvement of the interference-free dynamic range SFDR. This situation is in 10 in which a quantitative improvement of the SFDR when using the calibration method according to the invention in contrast to a conventional calibration method (dashed frequency bar) has been shown.
Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.Although
the present invention above based on a preferred embodiment
It is not limited to this, but in many ways
and modifiable.
Es
versteht sich von selbst, dass die Verwendung von drei Segmenten
lediglich beispielhaft zu verstehen ist und die Erfindung jedenfalls
nicht auf eben diese Aufteilung beschränken soll. Vielmehr könnte der
segmentierte D/A-Wandler auch zwei oder mehr als drei Segmente aufweisen.
Insbesondere ist aber die Verwendung von drei Segmenten bei einer
Bitbreite von größer/gleich
11 von Vorteil. Bei einer Bitbreite bis 10 Bit wären hingegen eher 2 Segmente
von Vorteil. Bei einer sehr großen,
beispielsweise deutlich über
11 hinausgehenden Bitbreite des Eingangssignals könnten es
von Vorteil sein, mehr als drei Segmente zu verwenden. Das Gleiche gilt
für die
Aufteilung der einzelnen Segmente selbst, also die Zuordnung der
einzelnen Bits zu den jeweiligen Segmenten.It
It goes without saying that the use of three segments
merely by way of example and in any case the invention
should not be limited to just this division. Rather, the
segmented D / A converters also have two or more than three segments.
In particular, however, the use of three segments in one
Bit width of greater than / equal
11 of advantage. With a bit width of up to 10 bits, on the other hand, it would be more like 2 segments
advantageous. In a very big,
for example, significantly over
Beyond 11 bit width of the input signal could it
be beneficial to use more than three segments. The same goes for
for the
Distribution of the individual segments themselves, ie the assignment of the
individual bits to the respective segments.
Die
insbesondere anhand der 4 und 6 dargestellten
Zahlenbeispiele seien lediglich beispielhaft zu verstehen und können selbstverständlich beliebig
modifiziert werden.The particular using the 4 and 6 numerical examples shown are merely exemplary and can of course be modified as desired.
-
AA
-
Quantisierungsrauschenquantization
-
BB
-
D/A-WandlerD / A converter
-
CC
-
Wandlerzellentransducer cells
-
DD
-
redundante
Wandlerzelleredundant
converter cell
-
Ee
-
Kalibrierschleifecalibration loop
-
FF
-
MSB-SegmentMSB segment
-
GG
-
ISB-SegmentISB segment
-
HH
-
LSB-SegmentLSB segment
-
KK
-
Wandlerzellentransducer cells
-
LL
-
redundanten
Wandlerzelleredundant
converter cell
-
MM
-
Referenzzellereference cell
-
FinFin
-
Frequenz
des Eingangssignalsfrequency
of the input signal
-
2Fin,2Fin,
-
3Fin
Harmonische des Eingangssignals3Fin
Harmonics of the input signal
-
K1–ZK64K1-ZK64
-
Kalibrierzyklencalibration cycles
-
SFDRSFDR
-
störungsfreien
Dynamikbereichtrouble-free
dynamic range
-
Z1–Z132Z1-Z132
-
Kalibrierzyklen calibration cycles
-
1010
-
D/A-WandlerD / A converter
-
1111
-
digitaler
Dateneingang, Eingangdigital
Data input, input
-
1212
-
analoger
Ausgangausgang, Ausganganalog
Output output, output
-
1313
-
Bitdecoderbit decoder
-
1414
-
D/A-Zellenanordnung,
StrommatrixD / A cell arrangement,
power matrix
-
1515
-
MSB-SegmentMSB segment
-
15'15 '
-
dem
MSB-Segment zugeordnete Bereiche des Bitdecothe
MSB segment associated areas of Bitdeco
-
-
dersDERS
-
15a15a
-
MSB-Wandlerzellen,
EinheitszelleMSB converter cells
unit cell
-
15b15b
-
redundante
MSB-Wandlerzelleredundant
MSB converter cell
-
1616
-
ISB-SegmentISB segment
-
16'16 '
-
dem
ISB-Segment zugeordnete Bereiche des Bitdecothe
ISB segment assigned areas of Bitdeco
-
-
dersDERS
-
16a16a
-
ISB-Wandlerzelle,
EinheitszelleISB converter cell
unit cell
-
16b16b
-
redundante
ISB-Wandlerzelleredundant
ISB converter cell
-
16c16c
-
erste
ISB-Zellgruppefirst
ISB cell group
-
16d16d
-
zweite
ISB-Zellgruppesecond
ISB cell group
-
1717
-
LSB-SegmentLSB segment
-
17'17 '
-
dem
LSB-Segment zugeordnete Bereiche des Bitsegthe
Areas of the bitseg assigned to the LSB segment
-
-
mentesmentes
-
17a17a
-
LSB-WandlerzellenLSB converter cells
-
17b17b
-
redundante
LSB-Wandlerzellenredundant
LSB converter cells
-
17c17c
-
erste
LSB-Zellgruppefirst
LSB cell group
-
17d17d
-
zweite
LSB-Zellgruppesecond
LSB cell group
-
1818
-
(MSB)-Referenzzelle(MSB) -Referenzzelle
-
2020
-
D/A-EinheitszelleD / A unit cell
-
2121
-
Stromquellepower source
-
22–2422-24
-
Steuereingängecontrol inputs
-
25–2725-27
-
steuerbare
Schaltvorrichtungen controllable
switching devices
-
28,
2928
29
-
analoge
Ausgängeanalog
outputs
-
3030
-
Kalibrierausgangcalibration output
-
3131
-
Dateneingangdata input
-
3232
-
Takteingangclock input
-
3333
-
Schaltlogikswitching logic
-
34,
3534
35
-
steuerbare
Schaltercontrollable
switch
-
3636
-
Flipflopflop
-
3737
-
Inverterinverter
-
38,
3938
39
-
UND-GatterAND gate
-
40–4540-45
-
Kalibrierschrittecalibration steps
-
4646
-
Kalibrierschleifecalibration loop
-
50–5250-52
-
Segmentesegments
-
-
-
50a–52a50a-52a
-
Wandlerzellen
innerhalb der Segmente, Wandlerzel transducer cells
within the segments, converter cell
-
-
lenblöckelenblöcke
-
50b–52b50b-52b
-
redundante
Wandlerzellenredundant
transducer cells
-
51c,
52c51c,
52c
-
(Wandlerzellen-)Array(Wandlerzellen-) Array
-
51d,
52d51d,
52d
-
(erstes)
Wandlerzellen-Array, erste Gruppe(First)
Transducer cell array, first group
-
51e,
52e51e,
52e
-
(zweites)
Wandlerzellen-Array, zweite Gruppe(Second)
Transducer cell array, second group